JP2008089447A - 電池の内部抵抗推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一定電流で電池の充放電が行われる状況下では、電池の内部抵抗を求めることができない。
【解決手段】電池の充放電電流が所定範囲内の状態で所定時間以上継続したと判定すると、電池の充電および放電の切り替わりが検出されてからの経過時間に基づいて、電池の内部抵抗を推定する。
【選択図】図８

Description

本発明は、電池の内部抵抗を推定する装置に関する。

従来、二次電池の放電時における放電電流および端子間電圧を検出し、検出した電流値および電圧値の複数のデータに基づいて回帰直線を求めて、求めた回帰直線の傾きから、二次電池の内部抵抗を求める技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２０００−１５０００３号公報

しかしながら、従来の技術では、一定電流で充放電が行われる状況下では、回帰直線を求めることができないため、電池の内部抵抗を求めることができないという問題があった。

本発明による電池の内部抵抗推定装置は、電池の充放電電流の大きさが所定範囲内の状態で所定時間以上継続したと判定すると、電池の充電から放電または放電から充電への切り替わりが検出されてから経過した時間に基づいて、電池の内部抵抗を推定することを特徴とする。

本発明による電池の内部抵抗推定装置によれば、電池の充放電電流の変化が小さい状態の時でも、電池の内部抵抗を精度良く推定することができる。

図１は、一実施の形態における電池の内部抵抗推定装置を搭載した電気自動車の駆動システムを示す図である。組電池１は、例えば、リチウムイオン二次電池であり、複数のセルＣ１〜Ｃｎを直列に接続して構成されている。組電池１の直流電圧は、インバータ２において、３相交流電圧に変換されて、電気自動車の走行駆動源である３相交流モータ３に印加される。組電池１と、インバータ２との間を結ぶ強電ハーネス９には、強電リレー８ａおよび８ｂが設けられている。強電リレー８ａ，８ｂのオン／オフは、電池制御装置７によって制御される。

電圧センサ４は、組電池１の総電圧ＢＡＴＶＯＬを検出する。電流センサ５は、組電池１の充電電流および放電電流（以下、まとめて充放電電流ＢＡＴＣＵＲと記載する）を検出する。ここでは、充電電流検出時に正の値が検出され、放電電流検出時に負の値が検出されるものとする。サーミスタ６は、組電池１の温度を検出する。

電池制御装置７は、ＣＰＵ７ａ、メモリ７ｂ、タイマ７ｃ、および、タイマ７ｄを備えており、電圧センサ４によって検出される電圧ＢＡＴＶＯＬ、電流センサ５によって検出される充放電電流ＢＡＴＣＵＲ、および、サーミスタ６によって検出される電池温度を所定のサンプリング周期で取得する。メモリ７ｂには、組電池１の開放電圧とＳＯＣ（残存容量）との関係を示すデータ、組電池１の温度と温度補正係数ＫＫとの関係を示すデータ、および、組電池１が新品の時の内部抵抗のデータが記憶されている。図２は、組電池１の開放電圧とＳＯＣとの関係の一例を示す図である。

電池制御装置７は、後述する方法によって、組電池１の内部抵抗ＲＥＳＴを算出（推定）するとともに、組電池１の残存容量（ＳＯＣ）を算出する。電池制御装置７と車内ＬＡＮで接続されている車両制御装置１０は、車両全般の制御を行う。

一実施の形態における内部抵抗推定装置では、通常時は、組電池１の充放電電流（Ｉ）−端子間電圧（Ｖ）の関係を示すＩＶ直線の傾きから、組電池１の内部抵抗を求めるとともに、一定の電流で充放電を行う場合には、後述する方法により、内部抵抗を推定する。なお、通常時とは、ＩＶ直線を求めることができる時である。ＩＶ直線は、組電池１の充放電時に、組電池１の端子間電圧Ｖおよび充放電電流Ｉを複数検出し、検出した複数の（Ｖ，Ｉ）のデータに基づいて回帰演算を行うことにより求める。

一定の電流（電流の変化が小さい状態）で組電池１の充放電を行う場合に、組電池１の内部抵抗ＲＥＳＴを算出（推定）する方法について説明する。図３は、組電池１の内部抵抗を等価回路で示した図である。組電池１の内部抵抗要素には、図３に示すように、溶液抵抗２１、二重層容量２２、電荷移動抵抗２３、および、ワールブルグインピーダンス２４が含まれる。電池のインピーダンス（内部抵抗）を測定するために、電池に交流電圧を印加する方法が知られているが、溶液抵抗２１の抵抗値をＲ_Ω、二重層容量２２の容量をＣ_d、電荷移動抵抗２３の抵抗値をＲ_ct、交流電圧（交流電流）の周波数をｆ（Ｈｚ）、組電池１の温度をＴ（Ｋ）とすると、組電池１の総インピーダンスＺは、次式（１）により表される。
（１）
ただし、式（１）において、ω＝２πｆである。また、Ａは、温度Ｔに依存する所定の値である。

式（１）により表されるインピーダンスＺをCole−Coleプロットで表示すると、図４のようになる。図４では、インピーダンスＺの実数成分を横軸に取り、虚数成分を縦軸に取っている。なお、図４におけるφは、組電池１に印加される交流電圧波形（Ｅ）に対する電流波形（Ｉ）の位相ずれである（図５参照）。

図６は、組電池１を一定の電流で充放電する場合の電圧波形および電流波形を示す図である。ここでは、一定の電流で組電池１の充放電を行う状況を、定電流充放電モードと呼ぶ。定電流充放電モードで組電池１の充放電を行う場合には、電流符号が反転する時以外は、ω（＝２πｆ）が限りなく０に近づく交流波形とみなすことができる。従って、式（１）は、次式（２），（３）のように変形できる。
Ｚ＝Ｒ_Ω＋Ｒ_ct＋｛（１−ｊ）Ａ／ω^1/2｝
＝Ｒ_Ω＋Ｒ_ct＋Ａ／ω^1/2−ｊＡ／ω^1/2 （２）
＝｜Ｚ｜×cosφ＋｜Ｚ｜×ｊsinφ （３）

定電流充放電モードで充放電を行う場合には、φ＝０となるので、式（３）のsinφは０となる。すなわち、定電流充放電モードで充放電を行う場合には、組電池１の総インピーダンスＺのうち、実数成分が支配的となるので、組電池１のインピーダンスＺは、次式（４）にて表される。
Ｚ＝Ｒ_Ω＋Ｒ_ct＋Ａ／ω^1/2 （４）
ただし、充放電時間ｔ≒０の場合には、溶液抵抗Ｒ_Ωのみが現れるため、インピーダンスＺは、次式（５）で表される。
Ｚ＝Ｒ_Ω （５）

ここで、式（４）における溶液抵抗Ｒ_Ωおよび電荷移動抵抗Ｒ_ctはそれぞれ、組電池１の温度Ｔと相関関係があり、次式（６），（７）のように、簡略化して表すことができる。
Ｒ_Ω＝ｋ_１Ｔ （６）
Ｒ_ct＝ｋ_２Ｔ （７）
ただし、ｋ_１およびｋ_２は、それぞれ所定の係数である。

また、式（４）におけるＡ／ω^1/2のうち、Ａは、組電池１の温度Ｔに比例し、ωは組電池１の充放電時間ｔに反比例する。ここで、組電池１の温度Ｔは、組電池１の充放電時間（充放電開始からの経過時間）ｔに対して、次式（８）の関係を有する。
Ｔ∝｛１−exp（−ｃｔ）｝ （８）
ただし、ｃは所定の係数であり、記号∝は、比例を表す記号である。
従って、次式（９）の関係が成り立つ。
Ａ／ω^1/2∝｛１−exp（−ｃｔ）｝ｔ^1/2 （９）

式（４），（６），（７），（８），（９）より、組電池１の総インピーダンスＺは、次式（１０）で表すことができる。
Ｚ＝ｍ_１｛１−exp（−ｃｔ）｝＋ｍ_２｛１−exp（−ｃｔ）｝ｔ^1/2 （１０）
ただし、ｍ_１およびｍ_２は所定の係数である。

図７は、式（１０）で表されるインピーダンスＺと、Ｚの自然対数lnＺとを充放電時間ｔの関数として表した図である。図７に示すように、Ｚを表す線とlnＺを表す線とはほぼ一致するので、式（１０）で表されるＺは、lnＺで近似することができる。従って、次式（１１）の関係が成り立つ。
Ｚ≒lnＺ
∝ｂ_１ｔ＋ｂ_２lnｔ
∝lnｔ （１１）
ただし、ｂ_１、ｂ_２は、所定の係数である。

すなわち、組電池１のインピーダンスＺは、次式（１２）で表される。ただし、ｋは所定の係数である。
Ｚ＝ｋ×lnｔ （１２）

図８は、組電池１の温度Ｔが２０℃、０℃、−２０℃の状態の時のインピーダンスＺの測定値と、式（１２）に基づいて算出したインピーダンスＺとを示す図である。図８において、横軸は、組電池１の充放電時間ｔである。係数ｋは、温度Ｔが２０℃、０℃、−２０℃の時に、それぞれ、0.14、0.25、0.7としている。図８に示すように、式（１２）によって算出されるインピーダンスＺと、インピーダンスＺの測定値とは、ほぼ一致している。

図９は、上述した組電池１の温度Ｔと係数ｋとの関係を示した図である。係数ｋは、インピーダンスＺの測定値と式（１２）に基づいて算出したインピーダンスＺとが最も近くなる値を選択している。図９では、組電池１の温度Ｔと、１／ＫＣＡＰＫとの関係を示す曲線も示している。ＫＣＡＰＫは、次式（１３）で表される。
ＫＣＡＰＫ＝ＫＫ×ＫＭ （１３）
ただし、ＫＫは、組電池１の温度Ｔに応じて、組電池１の内部抵抗を補正するための温度補正係数であり、ＫＭは、組電池１の劣化度を示す劣化係数である。組電池１の劣化係数ＫＭは、次式（１４）により表される。
ＫＭ＝新品時の内部抵抗／劣化時の内部抵抗 （１４）

図９に示すように、係数ｋと１／ＫＣＡＰＫとの間には相関関係があることが分かる。すなわち、定電流充放電モードで充放電する場合の組電池１のインピーダンス（内部抵抗）Ｚは、組電池１の充放電時間ｔ、温度補正係数ＫＫ、および、劣化係数ＫＭを用いて、次式（１５）で表すことができる。
Ｚ＝｛ａ／（ＫＫ×ＫＭ）｝×lnｔ （１５）
ただし、ａは所定の係数であり、予め実験等を行うことにより、適切な値を設定しておく。

図１０は、式（１５）に基づいて、組電池１の内部抵抗を推定する処理内容を示すフローチャートである。車両が起動して、電池制御装置７に電力が供給されると、電池制御装置７のＣＰＵ７ａは、ステップＳ１０の処理を開始する。なお、式（１５）に基づいて求められる内部抵抗は、定電流充放電モードで充放電が行われる場合に精度良く求められる値であるが、図１０に示すフローチャートでは、定電流充放電モードであるか否かに関係なく常時演算を行い、定電流充放電モードで充放電が行われている場合にのみ、演算した内部抵抗の値を有効なものとして扱う。

ステップＳ１０では、電圧センサ４によって検出される電圧ＢＡＴＶＯＬ、電流センサ５によって検出される充放電電流ＢＡＴＣＵＲ、および、サーミスタ６によって検出される組電池１の温度Ｔの取得を開始して、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、温度補正係数ＫＫおよび劣化係数ＫＭを求める。温度補正係数ＫＫは、メモリ７ｂに格納されている、組電池１の温度と温度補正係数ＫＫとの関係を示すデータと、サーミスタ６によって検出される組電池１の温度Ｔとに基づいて求める。また、劣化係数ＫＭは、上式（１４）より求める。ただし、劣化時の内部抵抗は、通常時に演算されている内部抵抗、すなわち、ＩＶ直線の傾きに基づいて求められる内部抵抗を用いる。新品時の内部抵抗は、メモリ７ｂに記憶されている値に対して、求めた温度補正係数ＫＫを用いて温度補正を行った後の値を用いる。

ステップＳ２０に続くステップＳ３０では、タイマ７ｃによる計時を開始して、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では、ステップＳ２０で求めた温度補正係数ＫＫおよび劣化係数ＫＭと、タイマ７ｃによって計測されている時間ｔとに基づいて、上式（１５）より、組電池１の内部抵抗ＲＥＳＴ（＝Ｚ）を求める。内部抵抗ＲＥＳＴを求めると、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０では、次式（１６）より、組電池１の開放電圧ＥＺＥＲＯを算出し、算出した開放電圧ＥＺＥＲＯと、メモリ７ｂに記憶されている開放電圧−ＳＯＣデータとに基づいて、組電池１のＳＯＣを求める。ただし、式（１６）において、ＢＡＴＶＯＬおよびＢＡＴＣＵＲは、それぞれ電圧センサ４および電流センサ５の検出値を用い、ＲＥＳＴは、ステップＳ４０で求めた値を用いる。求めたＳＯＣの値は、メモリ７ｂに記憶させる。
ＥＺＥＲＯ＝ＢＡＴＶＯＬ＋ＢＡＴＣＵＲ×ＲＥＳＴ （１６）

ステップＳ５０に続くステップＳ６０では、電流センサ５によって検出される充放電電流ＢＡＴＣＵＲの符号が反転したか否か、すなわち、組電池１の充電および放電の状態が切り替わったか否かを判定する。検出電流の符号が反転していないと判定するとステップＳ８０に進み、符号が反転したと判定すると、ステップＳ７０に進む。ステップＳ７０では、タイマ７ｃの計測時間をクリア（０に設定）する。これは、充放電が切り替わる時に、内部抵抗ＲＥＳＴが０にリセットされるからである。すなわち、タイマ７ｃによって計測される時間は、組電池１の充電および放電の状態が切り替わってから経過した時間を表している。言い換えれば、タイマ７ｃによって計測される時間は、組電池１が充電または放電を開始してから経過した時間である。

ステップＳ７０に続くステップＳ８０では、シャットダウン要求を受信したか否かを判定する。ドライバが図示しないキースイッチをオフにすると、電池制御装置７にシャットダウン要求が入力される。シャットダウン要求を受信していないと判定すると、ステップＳ２０に戻り、シャットダウン要求を受信したと判定すると、組電池１の内部抵抗を推定する処理を終了する。

図１１は、定電流充放電モードであるか否か（充放電電流の変化が小さいか否か）を判定するための処理内容を示すフローチャートである。車両が起動して、電池制御装置７に電力が供給されると、電池制御装置７のＣＰＵ７ａは、ステップＳ１００の処理を開始する。ステップＳ１００では、電流センサ５によって検出される充放電電流ＢＡＴＣＵＲの取得を開始して、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、電流センサ５によって検出される充放電電流ＢＡＴＣＵＲの絶対値が所定の下限値ＣＵＲＭＩＮ（例えば、５Ａ）以上であり、かつ、所定の上限値ＣＵＲＭＡＸ（例えば、１０Ａ）以下であるか否かを判定する。検出電流ＢＡＴＣＵＲの絶対値が所定の下限値ＣＵＲＭＩＮ以上であり、かつ、所定の上限値ＣＵＲＭＡＸ以下であると判定すると、タイマ７ｄによる計時を開始して、ステップＳ１２０に進み、それ以外の場合には、ステップＳ１５０に進む。

ステップＳ１２０では、タイマ７ｄによって計測されている時間が所定時間ＴＭＣＣＯＮＳＴ１以上であるか否か、すなわち、検出電流ＢＡＴＣＵＲの絶対値が所定の下限値ＣＵＲＭＩＮ以上であり、かつ、所定の上限値ＣＵＲＭＡＸ以下の状態で、所定時間ＴＭＣＣＯＮＳＴ１を経過したか否かを判定する。

図１２は、定電流充放電モードで組電池１の充放電を行った場合の実際の内部抵抗値１２１の推移と、ＩＶ直線の傾きから求めた内部抵抗値１２２の推移とを示す図である。時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、一定の電流で放電が行われ、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間は、一定の電流で充電が行われている。図１２に示すように、組電池１の充電時間または放電時間とともに、組電池１の内部抵抗値（真値）は増加するが、充電および放電が切り替わると、内部抵抗値は０に近い値にリセットされ、再び増加し始める。この時、充放電が切り替わってからしばらくの間は、内部抵抗真値１２１と、ＩＶ直線の傾きから求めた内部抵抗値１２２との差は小さいが、充電時間または放電時間の経過とともに、両者の差は広がっていく。ここでは、内部抵抗真値１２１と、ＩＶ直線の傾きから求めた内部抵抗値１２２との差が所定値以上となる充放電時間を所定時間ＴＭＣＣＯＮＳＴ１として設定しておく。

ステップＳ１２０において、タイマ７ｄによって計測されている時間が所定時間ＴＭＣＣＯＮＳＴ１以上であると判定するとステップＳ１３０に進み、所定時間ＴＭＣＣＯＮＳＴ１未満であると判定するとステップＳ１７０に進む。

ステップＳ１３０では、定電流充放電モードであることを示すフラグＦ１を１に設定するとともに、タイマ７ｄの計測時間をクリア（０に設定）する。すなわち、組電池１の充放電電流が所定の範囲内で所定時間ＴＭＣＣＯＮＳＴ１以上経過すると、定電流充放電モードであると判定する。なお、下限値ＣＵＲＭＩＮ、上限値ＣＵＲＭＡＸ、所定時間ＴＭＣＣＯＮＳＴ１は、電池の特性によって異なる値であるため、予め実験等によって求めた値を用いる。

ステップＳ１３０に続くステップＳ１４０では、電流センサ５によって検出される充放電電流ＢＡＴＣＵＲの絶対値が所定の下限値ＣＵＲＭＩＮより小さいか、または、所定の上限値ＣＵＲＭＡＸより大きいか否かを判定する。ステップＳ１４０の判定を肯定すると、タイマ７ｄによる計時を開始して、ステップＳ１５０に進み、否定するとステップＳ１７０に進む。

ステップＳ１５０では、タイマ７ｄによって計測されている時間が所定時間ＴＭＣＣＯＮＳＴ２以上であるか否か、すなわち、検出電流ＢＡＴＣＵＲの絶対値が所定の下限値ＣＵＲＭＩＮより低下するか、または、所定の上限値ＣＵＲＭＡＸより大きくなった状態で、所定時間ＴＭＣＣＯＮＳＴ２を経過したか否かを判定する。タイマ７ｄによって計測されている時間が所定時間ＴＭＣＣＯＮＳＴ２以上であると判定するとステップＳ１６０に進み、所定時間ＴＭＣＣＯＮＳＴ２未満であると判定するとステップＳ１７０に進む。なお、所定時間ＴＭＣＣＯＮＳＴ２は、ノイズ等によって、検出した充放電電流値が所定範囲を外れた場合に定電流充放電モードではないと判定することを防止するために設定された時間である。

ステップＳ１６０では、定電流充放電モードであることを示すフラグＦ１を０に設定するとともに、タイマ７ｄの計測時間をクリア（０に設定）して、ステップＳ１７０に進む。ステップＳ１７０では、シャットダウン要求を受信したか否かを判定する。ドライバが図示しないキースイッチをオフにすると、電池制御装置７にシャットダウン要求が入力される。シャットダウン要求を受信していないと判定すると、ステップＳ１１０に戻り、シャットダウン要求を受信したと判定すると、組電池１の内部抵抗を推定する処理を終了する。

図１３は、組電池１のＳＯＣを算出する処理内容を示すフローチャートである。車両が起動して、電池制御装置７に電力が供給されると、電池制御装置７のＣＰＵ７ａは、ステップＳ２００の処理を開始する。ステップＳ２００では、電圧センサ４によって検出される電圧ＢＡＴＶＯＬ、電流センサ５によって検出される充放電電流ＢＡＴＣＵＲ、および、サーミスタ６によって検出される組電池１の温度Ｔ１の取得を開始して、ステップＳ２１０に進む。なお、ステップＳ２００では、無負荷状態（リレー８ａ，８ｂがオフしている状態）における組電池１の開放電圧を取得するものとする。

ステップＳ２１０では、ステップＳ２００で取得した組電池１の開放電圧と、メモリ７ｂに記憶されている開放電圧−ＳＯＣデータとに基づいて、組電池１のＳＯＣを求める。組電池１のＳＯＣを求めると、ステップＳ２２０に進む。

ステップＳ２２０では、充放電電流ＢＡＴＣＵＲの積算値に基づいて、組電池１のＳＯＣを算出する処理を行う。充放電電流ＢＡＴＣＵＲの積算値に基づいて、組電池１のＳＯＣを算出する方法について説明する。組電池１の電流積算容量（電流を積算して求めた組電池１の容量（ＡＨ））の最新値ＢＡＴＡＨ_new（Ａｈ）は、電流積算容量の前回演算値をＢＡＴＡＨ_old（Ａｈ）、電流検出のサンプリング周期をＳＡＭＰＴＩＭ（ｓ）とすると、次式（１７）により求めることができる。なお、上述したように、充放電電流ＢＡＴＣＵＲは、充電電流検出時の値を正の値とし、放電電流検出時の値を負の値とする。
ＢＡＴＡＨ_new
＝ＢＡＴＡＨ_old＋（ＢＡＴＣＵＲ×ＳＡＭＰＴＩＭ）／３６００ （１７）
ただし、初回演算時の電流積算容量ＢＡＴＡＨ_oldの初期値は、ステップＳ２１０で求めたＳＯＣから求め、２回目からは、前回演算値を用いる。

続いて、上式（１７）により求められた電流積算容量ＢＡＴＡＨ_newに基づいて、次式（１８）により、組電池１のＳＯＣを算出する。ここでは、電流積算により求めるＳＯＣをＡＨＳＯＣと表記する。
ＡＨＳＯＣ（％）＝ＢＡＴＡＨ_new／ＡＨＦＵＬＬ（Ａｈ）×１００ （１８）
ただし、ＡＨＦＵＬＬは、組電池１の満充電時の容量（Ａｈ）である。

ステップＳ２２０に続くステップＳ２３０では、フラグＦ１が１に設定されているか否か、すなわち、定電流充放電モード状態であるか否かを判定する。フラグＦ１が１に設定されていると判定するとステップＳ２４０に進み、フラグＦ１が０に設定されていると判定すると、ステップＳ２６０に進む。

組電池１のＳＯＣは、上述した電流積算法（式（１７）、（１８）参照）によって、常時求めることができるが、電流センサ５に電流検出誤差が存在すると、電流積算により求める残存容量ＡＨＳＯＣと実際の残存容量との間の誤差が広がってしまうので、補正用のＳＯＣに基づいて、ＡＨＳＯＣを補正(リセット)する処理を行う必要がある。

ステップＳ２４０では、電流積算により求めている組電池１の残存容量ＡＨＳＯＣを補正（リセット）する条件が成立しているか否かを判定する。ここでは、電流積算により求めている組電池１の残存容量ＡＨＳＯＣと、図１０に示すフローチャートのステップＳ５０で求めたＳＯＣ（補正用ＳＯＣ）との差が所定値以上の場合に、補正条件が成立していると判定する。補正条件が成立していると判定するとステップＳ２５０に進み、補正条件が成立していないと判定すると、ステップＳ２６０に進む。

ステップＳ２５０では、電流積算により求めた残存容量ＡＨＳＯＣの値を、図１０に示すフローチャートのステップＳ５０で求めて、メモリ７ｂに記憶させたＳＯＣ（補正用ＳＯＣ）の値に基づいて補正（リセット）する処理を行う。ここでは、電流積算により求めた残存容量ＡＨＳＯＣの値を、メモリ７ｂに記憶されているＳＯＣの値に置き換える処理を行う。

なお、ステップＳ２５０では、ステップＳ２３０で定電流充放電モードであると判定された後、メモリ７ｂに記憶されているＳＯＣ、すなわち、組電池１の内部抵抗値に基づいて求めたＳＯＣを読み出している。これは、内部抵抗ＲＥＳＴに基づいて求めるＳＯＣの値が定電流充放電モードで充放電が行われている場合にのみ有効な値（精度の良い値）となるからである。

電流積算により求めた残存容量ＡＨＳＯＣをメモリ７ｂに記憶されている補正用ＳＯＣに基づいて補正する処理を行うと、ステップＳ２６０に進む。ステップＳ２６０では、シャットダウン要求を受信したか否かを判定する。ドライバが図示しないキースイッチをオフにすると、電池制御装置７にシャットダウン要求が入力される。シャットダウン要求を受信していないと判定すると、ステップＳ２３０に戻り、シャットダウン要求を受信したと判定すると、組電池１のＳＯＣを算出する処理を終了して、電池制御装置７の電源をシャットダウンする。

一実施の形態における電池の内部抵抗推定装置によれば、組電池１の充放電電流が所定範囲内の状態で所定時間以上継続すると、組電池１の充電および放電の切り替わりが検出されてから経過した時間ｔに基づいて、組電池１の内部抵抗ＲＥＳＴを推定する。これにより、組電池１の充放電電流が所定範囲内の状態にある場合でも、組電池１の内部抵抗を精度良く推定することができる。

特に、一実施の形態における電池の内部抵抗推定装置によれば、組電池１の充電および放電の切り替わりが検出されてから経過した時間ｔの自然対数を取った値（lnｔ）に、所定の係数ｋを乗算した値を、組電池１の内部抵抗として推定するので、組電池１の内部抵抗を精度良く推定することができる。

また、一実施の形態における電池の内部抵抗推定装置によれば、係数ｋの値を、組電池１の温度に応じて内部抵抗を補正するための補正係数ＫＫと、組電池１の劣化度を示す劣化係数ＫＭとに基づいて設定するので、組電池１の内部抵抗を精度良く推定することができる。

さらに、一実施の形態における電池の内部抵抗推定装置によれば、推定した内部抵抗ＲＥＳＴと、組電池１の端子間電圧および充放電電流とに基づいて、組電池１の開放電圧を求め、求めた開放電圧に基づいて、組電池１のＳＯＣを算出する。これにより、一定の電流で組電池１の充放電が行われる場合でも、内部抵抗に基づいてＳＯＣを演算する際の演算精度を向上させることができる。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、上述した一実施の形態では、内部抵抗を推定する電池を組電池として説明したが、単電池でもよい。また、電池の種類もリチウムイオン二次電池に限定されることはなく、様々な種類の電池の内部抵抗を、上述した方法により推定することができる。他の種類の電池の内部抵抗を推定する場合でも、式（１５）における係数ａは、その電池に適した値を予め実験等により求めておけばよい。

図１３に示すフローチャートのステップＳ２５０では、電流積算により求めた残存容量ＡＨＳＯＣの値を、メモリ７ｂに記憶されているＳＯＣの値に置き換える補正処理を行ったが、補正量に上限を設けて、補正上限量の範囲内で補正を行うようにしてもよい。

上述した一実施の形態では、電池の残存容量検出装置を電気自動車に適用した例を挙げて説明したが、ハイブリッド自動車や燃料電池車に適用することもできるし、車両以外の電池を用いるシステムに適用することもできる。

特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、電流センサ５が電流検出手段を、電池制御装置７が判定手段、内部抵抗推定手段、および、係数設定手段を、電流センサ５および電池制御装置７が充放電切り替わり検出手段を、タイマ７ｃが計時手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。

一実施の形態における電池の内部抵抗推定装置を搭載した電気自動車の駆動システムを示す図 組電池の開放電圧とＳＯＣとの関係の一例を示す図 組電池の内部抵抗を等価回路で示した図 Cole−Coleプロットで表示したインピーダンスを示す図 組電池に印加される交流電圧波形に対する電流波形の位相ずれを示す図 組電池を一定の電流で充放電する場合の電圧波形および電流波形を示す図 インピーダンスＺと、Ｚの自然対数lnＺとを充放電時間の関数として表した図 組電池の温度Ｔが２０℃、０℃、−２０℃の状態の時のインピーダンスＺの測定値と、計算により求めたインピーダンスＺとを示す図 組電池の温度Ｔと、係数ｋとの関係を示す図 組電池の内部抵抗を推定する処理内容を示すフローチャート 定電流充放電モードであるか否かを判定するための処理内容を示すフローチャート 定電流充放電モードで組電池の充放電を行った場合の実際の内部抵抗値の推移と、ＩＶ直線の傾きから求めた内部抵抗値の推移とを示す図 組電池のＳＯＣを算出する処理内容を示すフローチャート

符号の説明

１…組電池、２…インバータ、３…３相交流モータ、４…電圧センサ、５…電流センサ、６…サーミスタ、７…電池制御装置、７ａ…ＣＰＵ、７ｂ…メモリ、７ｃ…タイマ、７ｄ…タイマ、８ａ，８ｂ…強電リレー、９…強電ハーネス、１０…車両制御装置

Claims (5)

1. 電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段によって検出される電流が所定範囲内の状態で所定時間以上継続したか否かを判定する判定手段と、
   前記電池の充電および放電の切り替わりを検出する充放電切り替わり検出手段と、
   前記充放電切り替わり検出手段によって、前記電池の充電および放電の切り替わりが検出されてから経過した時間を計測する計時手段と、
   前記判定手段によって、前記電流検出手段によって検出される電流が所定範囲内の状態で所定時間以上継続したと判定されると、前記計時手段によって計測される時間に基づいて、前記電池の内部抵抗を推定する内部抵抗推定手段とを備えることを特徴とする電池の内部抵抗推定装置。
2. 請求項１に記載の電池の内部抵抗推定装置において、
   前記内部抵抗推定手段は、前記計時手段によって計測される時間の自然対数を取った値に、所定の係数を乗算した値を前記電池の内部抵抗として推定することを特徴とする電池の内部抵抗推定装置。
3. 請求項２に記載の電池の内部抵抗推定装置において、
   前記所定の係数を、前記電池の温度に応じて内部抵抗を補正するための補正係数ＫＫと、前記電池の劣化度を示す劣化係数ＫＭとに基づいて設定する係数設定手段をさらに備えることを特徴とする電池の内部抵抗推定装置。
4. 請求項３に記載の電池の内部抵抗推定装置において、
   前記係数設定手段によって設定される所定の係数は、前記補正係数ＫＫと前記劣化係数ＫＭとを乗算した値に反比例することを特徴とする電池の内部抵抗推定装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電池の内部抵抗推定装置において、
   前記内部抵抗推定手段によって推定される内部抵抗と、前記電池の端子間電圧および充放電電流とに基づいて、前記電池の開放電圧を求め、求めた開放電圧に基づいて、前記電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出手段をさらに備えることを特徴とする電池の内部抵抗推定装置。